JP5638043B2 - Motor drive device having alarm level setting unit - Google Patents

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Description

本発明は、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor drive device that converts AC power supplied from an AC power supply side into DC power, outputs the DC power, converts the AC power into AC power for driving the motor, and supplies the AC power to the motor.

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源側から入力された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。このようなモータ駆動装置は、三相交流入力電源のある交流電源側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する順変換器と、順変換器の直流出力側であるＤＣリンク部に接続され、ＤＣリンク部の直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続されたモータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。順変換器の直流側と逆変換器の直流側とを接続するＤＣリンク部には、ＤＣリンクコンデンサが設けられている。ＤＣリンクコンデンサは、順変換器の直流出力の脈動分を抑えるための平滑コンデンサとしての機能を有するものであり、直流電力を蓄積し得るものである。逆変換器は、複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータに個別に駆動電力を供給してモータを駆動制御するためにモータの個数と同数個設けられる。一方、順変換器は、モータ駆動装置コストや占有スペースを低減する目的で、複数の逆変換器に対して１個が設けられることが多い。 In machine tools, forging machines, injection molding machines, industrial machines, or motor drives that drive motors in various robots, AC power input from the AC power supply side is once converted to DC power, and then converted to AC power The AC power is used as driving power for a motor provided for each driving shaft. Such a motor drive device includes a forward converter that rectifies AC power supplied from an AC power supply side having a three-phase AC input power source and outputs DC power, and a DC link unit that is a DC output side of the forward converter. And a reverse converter that converts the DC power of the DC link unit and AC power that is driving power or regenerative power of the motor to each other, and is connected to the AC output side of the reverse converter. Control speed, torque, or rotor position. A DC link capacitor is provided in the DC link unit that connects the DC side of the forward converter and the DC side of the reverse converter. The DC link capacitor has a function as a smoothing capacitor for suppressing the pulsation of the DC output of the forward converter, and can store DC power. Inverse converter, the are several provided and the number of motor for driving and controlling the motor by supplying individually driving power to each motor which are provided corresponding to the plurality of the drive shaft. On the other hand, one forward converter is often provided for a plurality of inverse converters in order to reduce the cost of the motor drive device and the occupied space.

近年、省エネルギー化の要求から、モータ駆動装置における順変換器として、モータ減速時に生じる回生電力を交流電源側に戻すことができる電源回生方式の整流器が多く用いられている。この整流器では、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する。モータ減速時にモータで発生する回生電力は、逆変換器により交流電力から直流電力に変換され、この直流電力はＤＣリンク部を介して順変換器に入力され、さらに順変換器により交流電力に変換されて交流電源側に電源回生される。この時、ＤＣリンク部のＤＣリンクコンデンサの電圧は、モータで発生する回生電力の量と、逆変換器、ＤＣリンク部および順変換器を介して交流電源側に回生される交流電力の量と、に応じて変動する。   In recent years, due to a demand for energy saving, a power regeneration type rectifier that can return regenerative power generated at the time of motor deceleration to the AC power supply side is often used as a forward converter in a motor drive device. In this rectifier, AC power supplied from the AC power source side is converted to DC power and output to the DC side, and when the motor is decelerated, DC power supplied from the DC side is converted to AC power and output to the AC power source side. . The regenerative power generated in the motor when the motor decelerates is converted from AC power to DC power by the reverse converter, and this DC power is input to the forward converter via the DC link unit, and further converted to AC power by the forward converter. The power is regenerated on the AC power supply side. At this time, the voltage of the DC link capacitor of the DC link unit is the amount of regenerative power generated by the motor and the amount of AC power regenerated to the AC power source side via the reverse converter, DC link unit and forward converter. Fluctuate depending on

交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量および交流電源側に回生される交流電力の量とＤＣリンクコンデンサの電圧との関係を、図５〜図８を参照して説明すると次の通りである。図５は、モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも小さい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図であり、図６は、図５に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。また、図７は、モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも大きい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図であり、図８は、図７に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。ここでは、図５および図７に示すように、モータ駆動装置１００が、三相交流入力電源３のある交流電源側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する順変換器１１と、順変換器１１の直流出力側であるＤＣリンク部１２に接続され、ＤＣリンク部１２の直流電力とモータ２の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器２１と、を備えており、モータ駆動装置１００によりモータ２を定速運転している場合に時刻ｔ1でモータ２を減速させるとモータ２では回生電力Ｐ1が発生する場合について説明する。 In the motor drive device that converts the AC power supplied from the AC power supply side into DC power and outputs the DC power, and further converts it into AC power for driving the motor and supplies it to the motor, the amount of regenerative power generated by the motor and The relationship between the amount of AC power regenerated on the AC power supply side and the voltage of the DC link capacitor will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the flow of energy when the amount of regenerative power generated in the motor is smaller than the amount of AC power regenerated on the AC power source side in the motor drive device. FIG. 5 is a diagram for explaining a rise in voltage of a DC link capacitor in the case shown in FIG. FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the flow of energy when the amount of regenerative power generated by the motor is larger than the amount of AC power regenerated on the AC power supply side in the motor drive device. FIG. 8 is a diagram for explaining a rise in voltage of a DC link capacitor in the case shown in FIG. 7. Here, as shown in FIG. 5 and FIG. 7, the motor drive device 100 includes a forward converter 11 that rectifies AC power supplied from an AC power supply side of the three-phase AC input power supply 3 and outputs DC power. An inverse converter 21 connected to the DC link unit 12 on the DC output side of the forward converter 11 for converting the DC power of the DC link unit 12 and the AC power that is the driving power or regenerative power of the motor 2 to each other. It has a will describe a case where the regenerative power P 1 in the decelerating the motor 2 motor 2 at time t 1 occurs when moving at a constant speed operation of the motor 2 by the motor driving device 100.

順変換器１１は、モータ減速時に生じる回生電力を交流電源側に戻すことができるようにするため、順変換器１１内の各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続される。順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力には上限があるため、モータ２で発生する回生電力の量が、順変換器１１が直流電力を交流電力へ変換できる電力量を超える場合、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧は上昇する。交流電源側に回生され得る交流電力の量は、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力の制限を受ける。例えば、図５に示すように、モータ２を定速運転している場合に時刻ｔ1でモータ２を減速させるとモータ２では回生電力Ｐ1が発生する。この回生電力Ｐ1の量が、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力の範囲内である場合は、図６に示すようにモータ２で発生する回生電力Ｐ1のＤＣリンクコンデンサＣへの蓄積によりＤＣリンクコンデンサＣの電圧はモータ２の減速を開始した時刻ｔ1で上昇し始めるが、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換量（図中、Ｐ2で示す。）とモータ２で発生する回生電力Ｐ1の量とのバランスが取れると（時刻ｔ2）ＤＣリンクコンデンサＣの電圧は一定値となる。これに対し、図７に示すように、時刻ｔ1でモータ２を減速させるきに生じる回生電力Ｐ1が、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力を超える場合は、図８に示すようにモータ２で発生する回生電力Ｐ1のＤＣリンクコンデンサＣへの蓄積によりＤＣリンクコンデンサＣの電圧はモータ２の減速を開始した時刻ｔ1で上昇を開始し、モータ２で発生する回生電力Ｐ1を順変換器１１の変換能力では変換しきれないので直流電力がＤＣリンクコンデンサＣに蓄積され続け、このためＤＣリンクコンデンサＣの電圧は上昇を続ける。 The forward converter 11 is connected in reverse parallel to each switching element in the forward converter 11 so that the regenerative power generated when the motor is decelerated can be returned to the AC power supply side. Since there is an upper limit on the conversion capacity from the DC power to the AC power by the forward converter 11, the amount of regenerative power generated by the motor 2 exceeds the amount of power that the forward converter 11 can convert DC power to AC power. The voltage of the DC link capacitor C in the DC link unit 12 rises. The amount of AC power that can be regenerated to the AC power supply side is limited by the ability to convert DC power to AC power by the forward converter 11. For example, as shown in FIG. 5, when the motor 2 is operated at a constant speed and the motor 2 is decelerated at time t 1 , regenerative power P 1 is generated in the motor 2. When the amount of the regenerative power P 1 is within the range of the conversion capacity from the DC power to the AC power by the forward converter 11, the DC link capacitor of the regenerative power P 1 generated by the motor 2 as shown in FIG. Due to the accumulation in C, the voltage of the DC link capacitor C starts to rise at the time t 1 when the motor 2 starts decelerating, but the conversion amount from the DC power to the AC power by the forward converter 11 (indicated by P 2 in the figure). .) And the amount of regenerative power P 1 generated by the motor 2 (time t 2 ), the voltage of the DC link capacitor C becomes a constant value. On the other hand, as shown in FIG. 7, when the regenerative power P 1 generated when the motor 2 is decelerated at time t 1 exceeds the conversion capability from the DC power to the AC power by the forward converter 11, FIG. As shown in FIG. 4, the voltage of the DC link capacitor C starts to increase at the time t 1 when the motor 2 starts decelerating due to the accumulation of the regenerative power P 1 generated in the motor 2 in the DC link capacitor C, and is generated in the motor 2. Since the regenerative power P 1 cannot be converted by the conversion capability of the forward converter 11, DC power continues to be accumulated in the DC link capacitor C, and therefore the voltage of the DC link capacitor C continues to rise.

ＤＣリンクコンデンサＣの電圧が順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧を超えると、各素子の破壊を招くことになる。したがって、モータ駆動装置においては、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧について、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧上許容できる最大電圧として「過電圧アラームレベル」を予め設定しておき、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧を常時監視して、当該電圧が過電圧アラームレベルを超えたときには何らかの危機回避処理を実行するのが一般的である。   If the voltage of the DC link capacitor C exceeds the breakdown voltage of the components of the forward converter 11 and the reverse converter 21 and the DC link capacitor C itself, each element is destroyed. Therefore, in the motor drive device, the voltage of the DC link capacitor C in the DC link unit 12 is “overvoltage” as the maximum voltage allowable in terms of the breakdown voltage of the components of the forward converter 11 and the reverse converter 21 and the DC link capacitor C itself. It is common to set an “alarm level” in advance, constantly monitor the voltage of the DC link capacitor C in the DC link unit 12 and execute some crisis avoidance process when the voltage exceeds the overvoltage alarm level. is there.

例えば、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧が過電圧アラームレベルを超えたとき、逆変換器２１に対して過電圧アラーム信号を出力し、これに応答して逆変換器２１は電力変換動作のためのスイッチング動作をオフし、モータ２で発生する回生電力の直流電力への変換を停止（以下、「アラーム停止」と称する。）するモータ駆動装置がある。この場合、回生電力のＤＣリンク部１２への流入を遮断することができ、ＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を抑えるようにする。   For example, when the voltage of the DC link capacitor C in the DC link unit 12 exceeds the overvoltage alarm level, an overvoltage alarm signal is output to the reverse converter 21, and in response to this, the reverse converter 21 performs a power conversion operation. For example, there is a motor drive device that turns off the switching operation and stops the conversion of regenerative power generated by the motor 2 into DC power (hereinafter referred to as “alarm stop”). In this case, inflow of regenerative power to the DC link unit 12 can be blocked, and an increase in the voltage of the DC link capacitor is suppressed.

上述のようなアラーム停止するモータ駆動装置以外にも、ＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を抑えるものとして、モータで発生する回生電力によりＤＣリンクコンデンサの電圧が過電圧アラームレベルを超えた場合に、予備のＤＣリンクコンデンサをＤＣリンク部に追加的に接続するモータ駆動装置もある（例えば、特許文献１参照。）。この場合、ＤＣリンク部１２に流入する回生電力を、より容量の大きいＤＣリンクコンデンサで蓄積することで、ＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を抑える。   In addition to the motor drive device that stops the alarm as described above, as a measure to suppress the rise in the voltage of the DC link capacitor, when the voltage of the DC link capacitor exceeds the overvoltage alarm level due to the regenerative power generated by the motor, There is also a motor drive device that additionally connects a DC link capacitor to a DC link unit (see, for example, Patent Document 1). In this case, the regenerative power flowing into the DC link unit 12 is accumulated with a DC link capacitor having a larger capacity, thereby suppressing an increase in the voltage of the DC link capacitor.

特開２００８−２７１６８７号公報JP 2008-271687 A

上述のアラーム停止するモータ駆動装置では、ＤＣリンク部内のＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧を検知する時刻と逆変換器の変換動作が実際に停止する時刻との間には、過電圧アラーム信号の発生およびその伝達時間や逆変換器の停止処理に要する時間などに起因した時間的なずれがある。このようなＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧を検知してから逆変換器の変換動作が実際に停止するまでに要する時間によっては、ＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧の検知にもかかわらず、ＤＣリンクコンデンサ電圧がさらに上昇し、ＤＣリンクコンデンサや順変換器および逆変換器を構成するスイッチング素子やダイオードなどの各素子の耐圧を越えてしまう可能性がある。また、モータで発生する回生電力の大きさ次第では、ＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧を検知してから逆変換器の変換動作が実際に停止するまでの間にＤＣリンクコンデンサ電圧がさらに上昇し、ＤＣリンクコンデンサや順変換器および逆変換器を構成する各素子の耐圧を越えてしまう可能性もある。   In the motor driving device that stops the alarm described above, the generation of the overvoltage alarm signal and the time between the time when the overvoltage of the voltage of the DC link capacitor in the DC link unit is detected and the time when the conversion operation of the inverse converter actually stops are There is a time lag due to the transmission time and the time required for the stop processing of the inverter. Depending on the time required from the detection of the overvoltage of the DC link capacitor voltage to the actual stop of the conversion operation of the inverter, the DC link capacitor may be detected despite the detection of the overvoltage of the DC link capacitor voltage. There is a possibility that the voltage further rises and exceeds the withstand voltage of each element such as a switching element and a diode constituting the DC link capacitor, the forward converter and the reverse converter. Also, depending on the amount of regenerative power generated by the motor, the DC link capacitor voltage further rises from when the overvoltage of the voltage of the DC link capacitor is detected to when the conversion operation of the inverse converter actually stops, There is also a possibility that the breakdown voltage of each element constituting the DC link capacitor, the forward converter and the reverse converter may be exceeded.

また、上述のアラーム停止するモータ駆動装置および特許文献１に記載のモータ駆動装置いずれの場合においても、過電圧アラームレベルは、順変換器および逆変換器の構成素子やＤＣリンクコンデンサの耐圧を考慮し、安全のため、当該耐圧よりある程度のマージン（余裕）を持って低めに設定されていた。このため、場合によっては過剰マージンとなることがあった。   Further, in both cases of the above-described motor drive device that stops the alarm and the motor drive device described in Patent Document 1, the overvoltage alarm level takes into account the breakdown voltage of the components of the forward converter and the reverse converter and the DC link capacitor. For safety reasons, it was set lower than the breakdown voltage with a certain margin. For this reason, an excess margin may occur in some cases.

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置を構成する各素子を、ＤＣリンク部における過電圧から効率良くかつ確実に保護することができるモータ駆動装置を提供することにある。   Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to drive a motor that converts AC power supplied from the AC power supply side into DC power, outputs it, and then converts it into AC power for driving the motor and supplies it to the motor. An object of the present invention is to provide a motor drive device capable of efficiently and reliably protecting each element constituting the device from an overvoltage in a DC link portion.

上記目的を実現するために、本発明においては、モータ駆動装置は、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する順変換器と、直流側から供給された直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して交流モータ側へ出力し、モータ減速時には交流モータ側からの回生交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力する逆変換器と、順変換器の直流側と逆変換器の直流側とを接続し、直流電力を蓄積し得るＤＣリンクコンデンサを有するＤＣリンク部と、ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値を検出する電圧検出部と、ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値についての過電圧アラームレベルを設定するアラームレベル設定部と、電圧検出部が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたか否かを判定するアラーム判定部と、電圧検出部が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたとアラーム判定部が判定した場合、逆変換器に対する変換動作の停止指令を通知するアラーム通知部と、を備える。   In order to achieve the above object, in the present invention, the motor drive device converts the AC power supplied from the AC power source side to DC power and outputs it to the DC side, and the DC power supplied from the DC side during motor deceleration. A forward converter that converts power into AC power and outputs it to the AC power supply side, and converts DC power supplied from the DC side into AC power for driving the motor and outputs it to the AC motor side. A DC converter that can store DC power by connecting a DC converter side that converts regenerative AC power from the AC motor side to DC power and outputs the DC power, and a DC side of the forward converter and a DC side of the inverter. DC link unit having a link capacitor, voltage detection unit for detecting a DC voltage value of the DC link capacitor, and alarm level setting for setting an overvoltage alarm level for the DC voltage value of the DC link capacitor And an alarm determination unit for determining whether or not the DC voltage value detected by the voltage detection unit has exceeded the overvoltage alarm level set by the alarm level setting unit, and the DC voltage value detected by the voltage detection unit by the alarm level setting unit. And an alarm notification unit that notifies a conversion operation stop command to the inverse converter when the alarm determination unit determines that the set overvoltage alarm level has been exceeded.

ここで、アラームレベル設定部は、
アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータと、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータと、モータ減速時に順変換器により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量である第３のパラメータと、ＤＣリンクコンデンサの容量である第４のパラメータと、に基づいて、アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間の間におけるＤＣリンクコンデンサの直流電圧値の上昇分を予測演算する予測演算部と、
上昇分から算出される逆変換器が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサの直流電圧値が、ＤＣリンクコンデンサの耐圧ならびに順変換器および逆変換器内の各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値より大きい場合は、上記上昇分に基づいて過電圧アラームレベルを設定し、所定の閾値より小さい場合は、所定の閾値を過電圧アラームレベルとして設定する確定部と、
を有するようにしてもよい。 Here, the alarm level setting section
The reverse converter converts the first parameter, which is the time required for the reverse converter to stop the conversion operation after the alarm determination unit determines that the overvoltage alarm level has been exceeded, and the regenerative AC power generated during motor deceleration. A second parameter that is the amount of DC power generated by the motor, and a third parameter that is the amount of DC power used to generate AC power that is returned to the AC power source by the forward converter when the motor decelerates; Based on the fourth parameter that is the capacity of the DC link capacitor, the DC link capacitor during the time required for the reverse converter to stop the conversion operation after the alarm determination unit determines that the overvoltage alarm level has been exceeded A predictive calculator for predicting and calculating an increase in the DC voltage value of
The DC voltage value of the DC link capacitor at the time when the inverse converter calculated from the rise stops the conversion operation is set based on the breakdown voltage of the DC link capacitor and the breakdown voltage of each element in the forward converter and the inverse converter. When larger than a predetermined threshold, an overvoltage alarm level is set based on the above increase, and when smaller than the predetermined threshold, a determination unit that sets the predetermined threshold as an overvoltage alarm level;
You may make it have.

また、第１のパラメータ、第２のパラメータ、第３のパラメータおよび第４のパラメータは、外部指令により設定変更可能であるようにしてもよい。   Further, the first parameter, the second parameter, the third parameter, and the fourth parameter may be set and changed by an external command.

本発明によれば、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置において、過電圧アラームレベルを超えてから逆変換器変換動作を停止するまでに要する時間と、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器が変換することにより生成される直流電力の量と、モータ減速時に順変換器により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量（すなわち順変換器による直流電力から交流電力への変換能力）と、ＤＣリンクコンデンサの容量と、を考慮して過電圧アラームレベルを設定するので、ＤＣリンク部における過電圧アラームレベルが従来のように各素子の耐圧に対して過剰マージンとはならず、モータ駆動装置を構成する各素子を、ＤＣリンク部における過電圧から効率良くかつ確実に保護することができる。   According to the present invention, an overvoltage alarm level is provided in a motor drive device that converts alternating current power supplied from the alternating current power source side into direct current power, outputs the direct current power, converts the alternating current power into alternating current power for driving the motor, and supplies the alternating current power to the motor. The time required to stop the reverse converter conversion operation after exceeding the limit, the amount of DC power generated by the reverse converter converting the regenerative AC power generated during motor deceleration, and the forward converter during motor deceleration Overvoltage alarm taking into account the amount of DC power used to generate AC power to be returned to the AC power supply side (ie, the ability to convert DC power to AC power by the forward converter) and the capacity of the DC link capacitor Since the level is set, the overvoltage alarm level in the DC link section does not become an excess margin for the withstand voltage of each element as in the past, and the motor drive Each element constituting the location, can be protected from overvoltage in the DC link part efficiently and reliably.

本発明によるモータ駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive device by this invention. 本発明の実施例によるモータ駆動装置において、モータ減速時に発生するモータの回生電力を説明する図である。It is a figure explaining the regenerative electric power of the motor which generate | occur | produces at the time of motor deceleration in the motor drive device by the Example of this invention. 本発明の実施例によるモータ駆動装置において設定される過電圧アラームレベルを説明する図である。It is a figure explaining the overvoltage alarm level set in the motor drive device by the Example of this invention. 本発明によるモータ駆動装置の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the motor drive device by this invention. モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも小さい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図である。In a motor drive device, it is a circuit diagram explaining the flow of energy when the amount of regenerative power generated by a motor is smaller than the amount of AC power regenerated on the AC power supply side. 図５に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a rise in voltage of a DC link capacitor in the case shown in FIG. 5. モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも大きい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図である。In a motor drive device, it is a circuit diagram explaining the flow of energy when the amount of regenerative power generated by a motor is larger than the amount of AC power regenerated on the AC power supply side. 図７に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an increase in voltage of a DC link capacitor in the case shown in FIG. 7.

図１は、本発明の実施例によるモータ駆動装置の構成を示す図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor drive device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, components having the same reference numerals in different drawings mean components having the same functions.

なお、ここで説明する実施例では、１個のモータを駆動制御するモータ駆動装置について説明するが、駆動制御するモータの個数は、本発明を特に限定するものではなく、複数個のモータを駆動制御するモータ駆動装置にも適用可能である。また、モータ駆動装置に接続される交流商用電源および交流モータをともに三相としたが、相数は本発明を特に限定するものではなく、例えば単相であってもよい。また、モータ駆動装置によって駆動されるモータの種類についても本発明を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。   In the embodiment described here, a motor driving device that drives and controls one motor will be described. However, the number of motors that are driven and controlled does not particularly limit the present invention, and a plurality of motors are driven. The present invention can also be applied to a motor driving device to be controlled. In addition, although the AC commercial power source and the AC motor connected to the motor drive device are both three-phase, the number of phases is not particularly limited, and may be, for example, a single phase. Further, the present invention is not particularly limited with respect to the type of motor driven by the motor driving device, and may be, for example, an induction motor or a synchronous motor.

図１に示すように、モータ駆動装置１は、コンバータ部１０とインバータ部２０とで構成される。コンバータ部１０の交流電源側には商用三相入力電源３が接続され、インバータ部２０の交流モータ側には三相のモータ２が接続される。   As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 includes a converter unit 10 and an inverter unit 20. A commercial three-phase input power source 3 is connected to the AC power source side of the converter unit 10, and a three-phase motor 2 is connected to the AC motor side of the inverter unit 20.

モータ駆動装置１内のコンバータ部１０は、順変換器１１と、ＤＣリンク部１２と、電圧検出部１３と、アラームレベル設定部１４と、アラーム判定部１５と、アラーム通知部１６とを備える。   The converter unit 10 in the motor drive device 1 includes a forward converter 11, a DC link unit 12, a voltage detection unit 13, an alarm level setting unit 14, an alarm determination unit 15, and an alarm notification unit 16.

順変換器１１は、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する、交直双方向に変換可能である電力変換器である。順変換器１１は、交直双方向に変換可能である電力変換器であれば実施形態は特に限定されず、例えば１２０度通電型整流回路、あるいはＰＷＭ制御方式の整流回路などがある。順変換器１１は、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成され、スイッチング素子としては例えばＩＧＢＴが用いられる。このＩＧＢＴにはダイオードが逆並列に接続される。   The forward converter 11 converts the AC power supplied from the AC power source side to DC power and outputs it to the DC side, and converts the DC power supplied from the DC side to AC power to the AC power source side when the motor decelerates. It is a power converter that can be converted into an AC / DC bidirectional output. The forward converter 11 is not particularly limited as long as the forward converter 11 is a power converter that can be converted into an AC / DC bidirectional, and includes, for example, a 120-degree conduction rectifier circuit or a PWM control rectifier circuit. The forward converter 11 is configured as a conversion circuit having a switching element therein, and an IGBT is used as the switching element, for example. A diode is connected in antiparallel to the IGBT.

ＤＣリンク部１２は、順変換器１１の直流側と逆変換器２１の直流側とを接続し、直流電力の受け渡しを行うものであり、ＤＣリンクコンデンサＣを有する。ＤＣリンクコンデンサＣは、順変換器１１もしくは逆変換器２１の直流出力の脈動分を抑えるための平滑コンデンサとしての機能を有するものであり、直流電力を蓄積し得るものである。   The DC link unit 12 connects the direct current side of the forward converter 11 and the direct current side of the reverse converter 21 to transfer direct current power, and includes a DC link capacitor C. The DC link capacitor C has a function as a smoothing capacitor for suppressing the pulsation of the DC output of the forward converter 11 or the reverse converter 21 and can store DC power.

電圧検出部１３は、ＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値を検出し、これをアラーム判定部１５へ送出する。   The voltage detection unit 13 detects the DC voltage value of the DC link capacitor C and sends it to the alarm determination unit 15.

アラームレベル設定部１４は、ＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値についての過電圧アラームレベルを、所定の条件に応じて設定する。アラームレベル設定部１４の動作の詳細については後述する。   The alarm level setting unit 14 sets an overvoltage alarm level for the DC voltage value of the DC link capacitor C according to a predetermined condition. Details of the operation of the alarm level setting unit 14 will be described later.

アラーム判定部１５は、電圧検出部１３が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部１４で設定した過電圧アラームレベルを超えたか否かを判定する。   The alarm determination unit 15 determines whether or not the DC voltage value detected by the voltage detection unit 13 exceeds the overvoltage alarm level set by the alarm level setting unit 14.

アラーム通知部１６は、電圧検出部１３が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部１４で設定した過電圧アラームレベルを超えたとアラーム判定部１５が判定した場合、インバータ部２０内の逆変換器２１の変換動作の停止指令をインバータ部２０内の通信回路部２３に通知するものである。アラーム通知部１６は、通信回路部３３を有しており、インバータ部２０内の逆変換器２１の変換動作の停止を指令する信号を、通信回路部３３を介して、インバータ部２０の通信回路部２３へ送信する。   When the alarm determination unit 15 determines that the DC voltage value detected by the voltage detection unit 13 exceeds the overvoltage alarm level set by the alarm level setting unit 14, the alarm notification unit 16 A stop command for the conversion operation is notified to the communication circuit unit 23 in the inverter unit 20. The alarm notification unit 16 includes a communication circuit unit 33, and a signal for instructing to stop the conversion operation of the inverse converter 21 in the inverter unit 20 is transmitted via the communication circuit unit 33 to the communication circuit of the inverter unit 20. It transmits to the part 23.

モータ駆動装置１内のインバータ部２０は、逆変換器２１と、ＰＷＭ信号生成部２２と、通信回路部２３と、を備える。   The inverter unit 20 in the motor drive device 1 includes an inverse converter 21, a PWM signal generation unit 22, and a communication circuit unit 23.

逆変換器２１は、直流側から供給された直流電力をモータ２の駆動のための交流電力に変換して交流モータ側へ出力し、モータ減速時に発生する交流モータ側からの回生交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力するものである。順変換器１１と逆変換器２１とは、ＤＣリンク部１２を介して接続される。なお、ここでは、モータ駆動装置１で１個のモータ２を駆動制御することを一例として取りあげているので、モータ２に対して１個の逆変換器２１が設けられる。   The reverse converter 21 converts the DC power supplied from the DC side into AC power for driving the motor 2 and outputs the AC power to the AC motor side. The regenerative AC power generated from the AC motor side during motor deceleration is converted to DC. It is converted into electric power and output to the DC side. The forward converter 11 and the reverse converter 21 are connected via the DC link unit 12. Here, since the drive control of one motor 2 by the motor drive device 1 is taken as an example, one inverse converter 21 is provided for the motor 2.

逆変換器２１は、例えばＰＷＭインバータなどのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成される。逆変換器２１は、ＤＣリンク部１２側から供給される直流電力を、ＰＷＭ信号生成部２２から受信したＰＷＭ信号に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ２を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。モータ２は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ２の減速時には回生電力が発生するが、この場合もＰＷＭ信号生成部２２から受信したＰＷＭ信号に基づき、モータ２で発生した回生電力である交流電力を、直流電力へ変換してＤＣリンク部１２へ戻す。このように、逆変換器２１は、受信したＰＷＭ信号に基づいて、ＤＣリンク部１２における直流電力とモータ２の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。 The inverse converter 21 is configured as a conversion circuit having a switching element therein, such as a PWM inverter. The inverse converter 21 switches the internal switching element based on the PWM signal received from the PWM signal generation unit 22 with the DC power supplied from the DC link unit 12 side, and a desired voltage for driving the motor 2. And it converts into the three-phase alternating current power of a desired frequency. The motor 2 operates based on the supplied variable voltage and variable frequency three-phase AC power. In addition, regenerative power is generated when the motor 2 decelerates. In this case as well, based on the PWM signal received from the PWM signal generation unit 22, AC power that is regenerative power generated by the motor 2 is converted into DC power to be converted into DC power. Return to the link unit 12. As described above, the inverse converter 21 performs mutual power conversion between the DC power in the DC link unit 12 and the AC power that is the driving power or regenerative power of the motor 2 based on the received PWM signal.

ＰＷＭ信号生成部２２は、モータ駆動指令としてのＰＷＭ信号を生成する。すなわち、ＰＷＭ信号生成部２２は、モータ２が所望の速度（加速、減速、定速、停止など）、トルク、もしくは回転子の位置で動作するためのモータ駆動指令を作成し、このモータ駆動指令に基づいた動作をモータ２がするために必要な波形や周波数を有する交流電流を逆変換器２１が出力するよう、逆変換器２１内のＩＧＢＴのゲートに向けてＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号生成部２２が生成したＰＷＭ信号により逆変換器２１のスイッチング動作が制御されることになる。   The PWM signal generation unit 22 generates a PWM signal as a motor drive command. That is, the PWM signal generator 22 generates a motor drive command for the motor 2 to operate at a desired speed (acceleration, deceleration, constant speed, stop, etc.), torque, or rotor position, and this motor drive command The PWM signal is output toward the gate of the IGBT in the inverter 21 so that the inverter 21 outputs an alternating current having a waveform and frequency necessary for the motor 2 to perform the operation based on the above. The switching operation of the inverse converter 21 is controlled by the PWM signal generated by the PWM signal generation unit 22.

通信回路部２３は、コンバータ部１０内のアラーム通知部１６の通信回路部３３と通信するものである。通信回路部２３は、通信回路部３３から逆変換器２１の変換動作の停止を指令する信号を受信したとき、ＰＷＭ信号生成部２２に対して、逆変換器２１内のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させるためのＰＷＭ信号を生成するよう、指令する。 Communication circuit unit 2 3 is intended to communicate with the communication circuit unit 33 of the alarm notification section 16 in the converter unit 10. Communication circuit unit 2 3, when receiving the signal instructing the stopping of the conversion operation of the inverter 21 from the communication circuit unit 33, the PWM signal generating section 2 2, switching of the switching elements in the inverter 21 Command to generate a PWM signal to stop the operation.

続いて、アラームレベル設定部１４の動作原理について説明する。図２は、本発明の実施例によるモータ駆動装置において、モータ減速時に発生するモータの回生電力を説明する図である。また、図３は、本発明の実施例によるモータ駆動装置において設定される過電圧アラームレベルの設定を説明する図である。   Next, the operation principle of the alarm level setting unit 14 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating the regenerative power of the motor generated when the motor is decelerated in the motor drive device according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the setting of the overvoltage alarm level set in the motor drive device according to the embodiment of the present invention.

まず、モータ２が減速を開始した時点からモータ２で発生する回生電力によりＤＣリンクコンデンサＣの電圧がＶ１に達する時点まで、順変換器１１は交流電源側へ回生しないものとする。このとき、ＤＣリンクコンデンサＣの容量をＣ、入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）をＶ0、ＤＣリンクコンデンサＣの電圧がＶ0からＶ1に達するまでに要する時間をＴとしたとき、モータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力を逆変換器２１が変換することにより生成される直流電力の量Ｐ1は、式１に示す関係式を満たす。 First, it is assumed that the forward converter 11 does not regenerate to the AC power source side from the time when the motor 2 starts to decelerate until the voltage of the DC link capacitor C reaches V1 due to the regenerative power generated by the motor 2. At this time, the capacity of the DC link capacitor C is C, the input voltage peak value (the voltage at the steady state of the DC link capacitor C) is V 0 , and the time required for the voltage of the DC link capacitor C to reach V 1 from V 0 is as follows. Assuming T, the amount P 1 of DC power generated by the reverse converter 21 converting the regenerative AC power generated by the motor 2 during motor deceleration satisfies the relational expression shown in Equation 1.

Figure 0005638043
Figure 0005638043

式１に基づいて算出されたＰ1を用いて、モータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖを算出すると次の通りである。すなわち、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力である「モータ減速時に順変換器１１により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量」をＰ2、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧をＶ2、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２０が変換動作を停止するまでに要する時間をＴ1としたとき、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点から逆変換器２０が変換動作を停止する時点までの時間Ｔ1に予測されるモータ減速時の回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖは、式２に示す関係式を満たす。 The voltage increase V of the DC link capacitor C caused by the regenerative AC power generated in the motor 2 when the motor is decelerated is calculated as follows using P 1 calculated based on Equation 1. That is, “the amount of DC power used to generate AC power to be returned to the AC power source by the forward converter 11 when the motor is decelerated”, which is a conversion capacity from DC power to AC power by the forward converter 11, P 2 , Until the reverse converter 20 stops the conversion operation after the breakdown voltage of the constituent elements of the forward converter 11 and the reverse converter 21 and the DC link capacitor C itself is determined as V 2 and the alarm determination unit 15 determines that the overvoltage alarm level has been exceeded. when the time required was T 1, the regeneration time of the motor deceleration alarm determination unit 15 inverter 20 from the determined time and exceeds the overvoltage alarm level is predicted to time T 1 of the up to the point of stopping the conversion operation The voltage increase V of the DC link capacitor C caused by the AC power satisfies the relational expression shown in Expression 2.

Figure 0005638043
Figure 0005638043

一般に、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点と逆変換器２０が変換動作を停止する時点との間には時間的なずれＴ1があるが、アラーム判定部１５、アラーム通知部１６（通信回路部３３を含む）、通信回路部２３およびＰＷＭ信号生成部２２それぞれの処理時間、通信回路部３３から通信回路部２３までの信号伝達時間、ならびに、ＰＷＭ信号生成部２２が逆変換器２１に対して変換動作の停止を指令してから逆変換器２１が実際に停止するまでに要する時間などが含まれる。アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点から逆変換器２０が変換動作を停止する時点までの時間Ｔ1が存在することによって、その時間Ｔ1の間も逆変換器２１からの直流電力がＤＣリンクコンデンサＣに流入することになり、これに伴いＤＣリンクコンデンサＣの電圧が上昇する。そこで、本発明では、このアラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点から逆変換器２０が変換動作を停止する時点までの時間Ｔ1と順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2とを考慮して、以下に説明するように過電圧アラームレベルを設定する。 In general, there is a time lag T 1 between the time when the alarm determination unit 15 determines that the overvoltage alarm level has been exceeded and the time when the inverse converter 20 stops the conversion operation. The processing time of the unit 16 (including the communication circuit unit 33), the communication circuit unit 23 and the PWM signal generation unit 22, the signal transmission time from the communication circuit unit 33 to the communication circuit unit 23, and the PWM signal generation unit 22 are reversed. The time required from when the converter 21 is instructed to stop the conversion operation to when the inverse converter 21 actually stops is included. Since there is a time T 1 from the time when the alarm determination unit 15 determines that the overvoltage alarm level has been exceeded to the time when the inverse converter 20 stops the conversion operation, the time from the inverse converter 21 also during that time T 1 . DC power flows into the DC link capacitor C, and the voltage of the DC link capacitor C rises accordingly. Therefore, in the present invention, the time T 1 from the time when the alarm determination unit 15 determines that the overvoltage alarm level has been exceeded to the time when the reverse converter 20 stops the conversion operation, and the configuration of the forward converter 11 and the reverse converter 21. In consideration of the withstand voltage V 2 of the element and the DC link capacitor C, an overvoltage alarm level is set as described below.

図３に示すように、式２を用いて算出したモータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖと入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）Ｖ0との和（Ｖ0＋Ｖ）は、モータ減速時において、逆変換器２１が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値であるといえる。この値（Ｖ0＋Ｖ）が、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2を超えると判定されたときは、ΔＶ（＝Ｖ 0 ＋Ｖ−Ｖ2）だけ、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2を超えることになるので、各素子が破壊されてしまう。 As shown in FIG. 3, the voltage increase V of the DC link capacitor C and the input voltage peak value (when the DC link capacitor C is stationary) caused by the regenerative AC power generated in the motor 2 when the motor is decelerated calculated using Equation 2 voltage) sum of V 0 (V 0 + V) can be said to at the time of motor deceleration, a DC voltage value of the DC link capacitor C at the time the inverter 21 stops the conversion operation. When it is determined that this value (V 0 + V) exceeds the breakdown voltage V 2 of the components of the forward converter 11 and the inverse converter 21 and the DC link capacitor C, ΔV (= V 0 + V−V 2 ) Only the breakdown voltage V 2 of the constituent elements of the forward converter 11 and the inverse converter 21 and the DC link capacitor C is exceeded, so that each element is destroyed.

したがって、式２を用いて算出したモータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖと入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）Ｖ0との和（Ｖ0＋Ｖ）が、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2を超えると判定されたときは、式３に示すような、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2よりもΔＶだけ低い値Ｖ3（＝Ｖ2−ΔＶ）を過電圧アラームレベルに設定する。 Accordingly, the voltage increase V of the DC link capacitor C and the input voltage peak value (the voltage at the steady state of the DC link capacitor C) V 0 caused by the regenerative AC power generated in the motor 2 when the motor is decelerated calculated using Equation 2 the sum (V 0 + V) and, when it is determined to exceed the forward converter 11 and inverse transformer 21 component and DC link capacitor breakdown voltage V 2 of the C of, as shown in equation 3, the forward converter 11 and a value V 3 (= V 2 −ΔV) lower by ΔV than the withstand voltage V 2 of the constituent elements of the inverter 21 and the DC link capacitor C are set as the overvoltage alarm level .

Figure 0005638043
Figure 0005638043

一方、式２を用いて算出したモータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖと入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）Ｖ0との和（Ｖ0＋Ｖ）が、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧Ｖ2を超えないと判定されたときは、過電圧アラームレベルＶ3として、順変換器１１および逆変換器２１を構成する各素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧Ｖ2を設定する。 On the other hand, the voltage increase V of the DC link capacitor C and the input voltage peak value (the voltage at the steady state of the DC link capacitor C) V 0 due to the regenerative AC power generated in the motor 2 when the motor is decelerated calculated using the equation (2). When it is determined that the sum (V 0 + V) of the signal does not exceed the breakdown voltage V 2 of the components of the forward converter 11 and the reverse converter 21 and the DC link capacitor C itself, the overvoltage alarm level V 3 is set as the forward voltage alarm level V 3 . The breakdown voltage V 2 of each element constituting the converter 11 and the inverse converter 21 and the DC link capacitor C itself is set.

図１に示すコンバータ部１０内のアラームレベル設定部１４は、上述した処理を実行するものである。すなわち、アラームレベル設定部１４は、予測演算部３１と確定部３２とを有する。   The alarm level setting unit 14 in the converter unit 10 shown in FIG. 1 performs the above-described processing. That is, the alarm level setting unit 14 includes a prediction calculation unit 31 and a determination unit 32.

予測演算部３１は、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２１が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータＴ1と、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器２１が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータＰ1と、モータ減速時に順変換器１１により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量（すなわち順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力）である第３のパラメータＰ2と、ＤＣリンクコンデンサＣの容量である第４のパラメータＣと、に基づいて、式１および式２に従い、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２１が変換動作を停止するまでに要する時間Ｔ1の間におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値の上昇分Ｖを予測演算する。 Prediction calculation unit 31, a first parameter T 1 inverter 21 determines that the alarm determination unit 1 5 exceeds the overvoltage alarm level is time required to stop the conversion operation, occurs when the motor is decelerated the regenerative AC power inverter 21 and the second parameter P 1 is the amount of DC power generated by the conversion to generate an AC power back to the AC power supply side by the forward converter 1 1 during motor deceleration that A third parameter P 2 , which is the amount of DC power used in the above (ie, the conversion capacity from DC power to AC power by the forward converter 11), and a fourth parameter C, which is the capacity of the DC link capacitor C; Based on the above, the time T 1 required for the inverter 21 to stop the conversion operation after the alarm determination unit 15 determines that the overvoltage alarm level has been exceeded is determined according to Expression 1 and Expression 2. The amount of increase V of the DC voltage value of the DC link capacitor C is predicted.

確定部３２は、予測演算部３１が予測演算したＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値の上昇分Ｖから算出される逆変換器２１が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値（Ｖ0＋Ｖ）が、ＤＣリンクコンデンサＣの耐圧ならびに順変換器１１および逆変換器２１内のスイッチング素子やダイオードなどの各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値Ｖ2より大きい場合は、式３に従い、「Ｖ2−ΔＶ」を過電圧アラームレベルＶ3として設定し、所定の閾値Ｖ2より小さい場合は、過電圧アラームレベルＶ3として所定の閾値Ｖ2を設定する。 The determination unit 32 determines the DC voltage value of the DC link capacitor C at the time when the inverse converter 21 calculated from the increase V of the DC voltage value of the DC link capacitor C predicted by the prediction calculation unit 31 stops the conversion operation ( V 0 + V) is greater than a predetermined threshold value V 2 set based on the breakdown voltage of the DC link capacitor C and the breakdown voltage of each element such as a switching element and a diode in the forward converter 11 and the inverse converter 21. in accordance with equation 3, - set the "V 2 delta V" as an overvoltage alarm level V 3, when the predetermined threshold value V 2 less than, a predetermined threshold value V 2 as an overvoltage alarm level V 3.

アラーム判定部１５は、電圧検出部１３が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部１４で上述のようにして設定した過電圧アラームレベルＶ3を超えたか否かを判定する。 The alarm determination unit 15 determines whether or not the DC voltage value detected by the voltage detection unit 13 has exceeded the overvoltage alarm level V 3 set by the alarm level setting unit 14 as described above.

本発明によれば、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２１が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータＴ1と、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器２１が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータＰ1と、モータ減速時に順変換器１１により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量（すなわち順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力）である第３のパラメータＰ2と、ＤＣリンクコンデンサＣの容量である第４のパラメータＣと、に基づいてＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値の上昇分Ｖを予測演算し、この上昇分Ｖに基づいて逆変換器２１が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値（Ｖ0＋Ｖ）を算出し、そして、この値（Ｖ0＋Ｖ）とＤＣリンクコンデンサＣの耐圧ならびに順変換器１１および逆変換器２１内のスイッチング素子やダイオードなどの各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値Ｖ2との大小関係に応じて過電圧アラームレベルＶ3を設定するので、過電圧アラームレベルＶ3が従来のように各素子の耐圧に対して過剰マージンとはならず、モータ駆動装置を構成する各素子を、ＤＣリンク部における過電圧から効率良くかつ確実に保護することができる。 According to the present invention, the first parameter T 1 inverter 21 determines that the alarm determination unit 1 5 exceeds the overvoltage alarm level is time required to stop the conversion operation, occurs when the motor is decelerated the regenerative AC power inverter 21 and the second parameter P 1 is the amount of DC power generated by the conversion to generate an AC power back to the AC power supply side by the forward converter 1 1 during motor deceleration that A third parameter P 2 , which is the amount of DC power used in the above (ie, the conversion capacity from DC power to AC power by the forward converter 11), and a fourth parameter C, which is the capacity of the DC link capacitor C; The DC link capacitor C at the time when the reverse converter 21 stops the conversion operation based on the calculated increase V of the DC voltage value of the DC link capacitor C. Calculated DC voltage value of Sa C to (V 0 + V), and each of such the value (V 0 + V) and the DC link capacitor C of the pressure as well as the forward converter 11 and the switching elements and diodes of the inverter 21 since setting the overvoltage alarm level V 3 according to the magnitude relationship between the predetermined threshold value V 2 which is set on the basis of the breakdown voltage of the device, an overvoltage alarm level V 3 excessive margin for the breakdown voltage of each element as in the prior art However, each element constituting the motor drive device can be efficiently and reliably protected from overvoltage in the DC link unit.

アラームレベル設定部１４およびアラーム判定部１５は、例えば演算処理判断可能なプロセッサからなる。また、上述の第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣは、モータ駆動装置１を構成する各部品が有する特性やモータ駆動装置１が適用される状況等を考慮して予め入力もしくは算出してアラームレベル設定部１４に設定しておけばよい。したがって、特に部品を追加する必要なく、最適な過電圧アラームレベルを設定することができる。 The alarm level setting unit 14 and the alarm determination unit 15 are composed of, for example, a processor that can determine arithmetic processing. The first parameter T 1 , the second parameter P 1 , the third parameter P 2, and the fourth parameter C described above are the characteristics of each component constituting the motor drive device 1 and the motor drive device 1. The alarm level setting unit 14 may be set by inputting or calculating in advance in consideration of the situation to be applied. Therefore, it is possible to set an optimal overvoltage alarm level without particularly adding parts.

またあるいは、外部指令により、これら第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣを変更できるようにしてもよい。図４は、本発明によるモータ駆動装置の変形例を説明する図である。この変形例では、アラームレベル設定部１４に外部装置４１が設定され、外部装置４１からの指令により、第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣを設定変更可能としたものである。外部装置４１の例としては、モータ駆動装置１の上位にある数値制御装置、入出力装置を有するコンピュータ、あるいは、ディップスイッチやボタンスイッチなどの各種切替えスイッチなどがある。このように外部指令により第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣを設定変更可能とすることで、例えばモータ駆動装置１で駆動制御するモータ２が変更されたり、経年変化によりメンテナンスが必要になった場合でもモータ駆動装置１の過電圧判定に係る処理を容易に調整することができる。 Alternatively, the first parameter T 1 , the second parameter P 1 , the third parameter P 2, and the fourth parameter C may be changed by an external command. FIG. 4 is a diagram for explaining a modification of the motor drive device according to the present invention. In this modified example, the external device 41 is set in the alarm level setting unit 14, and the first parameter T 1 , the second parameter P 1 , the third parameter P 2, and the fourth parameter are set according to a command from the external device 41. Parameter C can be set and changed. As an example of the external device 41, there are a numerical control device at the upper level of the motor drive device 1, a computer having an input / output device, or various changeover switches such as a dip switch and a button switch. As described above, the first parameter T 1 , the second parameter P 1 , the third parameter P 2, and the fourth parameter C can be set and changed by an external command. Even when the motor 2 is changed or maintenance is required due to secular change, the processing related to the overvoltage determination of the motor drive device 1 can be easily adjusted.

本発明は、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置として、入力された交流を直流に変換する順変換器と、順変換器から出力された直流を各モータの駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する逆変換器とを有するものにおいて、順変換器と逆変換器との間を接続するＤＣリンク部の過電圧からモータ駆動装置を構成する各素子を保護するものに適用することができる。   The present invention is a motor drive device for driving a motor in a machine tool, a forging machine, an injection molding machine, an industrial machine, or various robots, and a forward converter that converts input alternating current into direct current, and an output from the forward converter. And a reverse converter that converts the direct current into alternating current supplied as drive power for each motor, and the motor drive device is detected from the overvoltage of the DC link section connecting the forward converter and the reverse converter. The present invention can be applied to a device that protects each constituent element.

１ モータ駆動装置
１１ 順変換器
１２ ＤＣリンク部
１３ 電圧検出部
１４ アラームレベル設定部
１５ アラーム判定部
１６ アラーム通知部
２１ 逆変換器
２２ 通信回路部
２３ ＰＷＭ信号生成部
３１ 予測演算部
３２ 確定部
３３ 通信回路部
４１ 外部装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device 11 Forward converter 12 DC link part 13 Voltage detection part 14 Alarm level setting part 15 Alarm determination part 16 Alarm notification part 21 Inverter 22 Communication circuit part 23 PWM signal generation part 31 Prediction calculation part 32 Determination part 33 Communication circuit part 41 External device

Claims (2)

交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する順変換器と、
直流側から供給された直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して交流モータ側へ出力し、モータ減速時には交流モータ側からの回生交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力する逆変換器と、
前記順変換器の直流側と前記逆変換器の直流側とを接続し、直流電力を蓄積し得るＤＣリンクコンデンサを有するＤＣリンク部と、
前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値を検出する電圧検出部と、
前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値についての過電圧アラームレベルを設定するアラームレベル設定部と、
前記電圧検出部が検出した直流電圧値が前記アラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたか否かを判定するアラーム判定部と、
前記電圧検出部が検出した直流電圧値が前記アラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたと前記アラーム判定部が判定した場合、前記逆変換器に対する変換動作の停止指令を通知するアラーム通知部と、
を備えるモータ駆動装置において、
前記アラームレベル設定部は、
前記アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから前記逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータと、モータ減速時に発生した回生交流電力を前記逆変換器が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータと、モータ減速時に前記順変換器により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量である第３のパラメータと、前記ＤＣリンクコンデンサの容量である第４のパラメータと、に基づいて、前記アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから前記逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間の間における前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値の上昇分を予測演算する予測演算部と、
前記上昇分から算出される前記逆変換器が変換動作を停止した時点における前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値が、前記ＤＣリンクコンデンサの耐圧ならびに前記順変換器および前記逆変換器内の各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値より大きい場合は、前記上昇分に基づいて前記過電圧アラームレベルを設定し、前記所定の閾値より小さい場合は、前記過電圧アラームレベルとして前記所定の閾値を設定する確定部と、
を有することを特徴とするモータ駆動装置。 A forward converter that converts AC power supplied from the AC power source side to DC power and outputs it to the DC side, and converts the DC power supplied from the DC side to AC power and outputs it to the AC power source side during motor deceleration ,
DC power supplied from the DC side is converted to AC power for driving the motor and output to the AC motor side. During motor deceleration, regenerative AC power from the AC motor side is converted to DC power and output to the DC side. An inverse converter to
A DC link unit having a DC link capacitor that connects the DC side of the forward converter and the DC side of the inverse converter and can store DC power;
A voltage detector for detecting a DC voltage value of the DC link capacitor;
An alarm level setting unit for setting an overvoltage alarm level for a DC voltage value of the DC link capacitor;
An alarm determination unit for determining whether or not the DC voltage value detected by the voltage detection unit exceeds an overvoltage alarm level set by the alarm level setting unit;
When the alarm determination unit determines that the DC voltage value detected by the voltage detection unit has exceeded the overvoltage alarm level set by the alarm level setting unit, an alarm notification unit that notifies a conversion operation stop command to the inverse converter When,
In makes the chromophore at the distal end over motor drive apparatus provided with,
The alarm level setting unit
A first parameter which is a time required for the reverse converter to stop the conversion operation after the alarm determination unit determines that the overvoltage alarm level has been exceeded, and the regenerative AC power generated during motor deceleration is the reverse converter. And a second parameter that is the amount of DC power that is used to generate AC power that is returned to the AC power source by the forward converter when the motor is decelerated. And the fourth parameter which is the capacity of the DC link capacitor, it is necessary for the inverse converter to stop the conversion operation after the alarm determination unit determines that the overvoltage alarm level has been exceeded. A prediction calculation unit that predicts and calculates an increase in the DC voltage value of the DC link capacitor over time;
The DC voltage value of the DC link capacitor at the time when the inverse converter, which is calculated from the increase, stops the conversion operation, the breakdown voltage of the DC link capacitor and the breakdown voltage of each element in the forward converter and the inverse converter. The overvoltage alarm level is set based on the amount of increase when the threshold value is larger than the predetermined threshold value, and the predetermined threshold value is set as the overvoltage alarm level when smaller than the predetermined threshold value. And
A motor drive device comprising: 前記第１のパラメータ、前記第２のパラメータ、前記第３のパラメータおよび前記第４のパラメータは、外部指令により設定変更可能である請求項１に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1 , wherein the first parameter, the second parameter, the third parameter, and the fourth parameter can be set and changed by an external command.
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